Die Auswirkungen von Oumuamua auf die Panspermie-Theorie

Am 19. Oktober 2017 entdeckten Astronomen im Rahmen der Pan-STARRS-Durchmusterung zum ersten Mal ein interstellares Objekt (ISO), das unser Sonnensystem durchquerte. Das als 1I/2017 U1 ‚Oumuamua bekannte Objekt löste eine bedeutende wissenschaftliche Debatte aus und ist bis heute umstritten. Alle waren sich einig, dass die Entdeckung dieses Objekts darauf hinwies, dass ISOs regelmäßig in unser Sonnensystem eindringen. Darüber hinaus haben spätere Untersuchungen ergeben, dass einige dieser Objekte gelegentlich als Meteoriten auf die Erde gelangen und auf der Oberfläche einschlagen.

Dies wirft eine sehr wichtige Frage auf: Wenn ISOs schon seit Milliarden von Jahren auf die Erde kommen, könnte es sein, dass sie die Zutaten für das Leben mitgebracht haben? In einer kürzlich erschienenen Arbeit befasste sich ein Forscherteam mit den Auswirkungen, dass ISOs für Panspermie verantwortlich sind – die Theorie, dass die Samen des Lebens im gesamten Universum existieren und von Asteroiden, Kometen und anderen Himmelsobjekten verbreitet werden. Ihren Ergebnissen zufolge können ISOs möglicherweise Hunderttausende (oder möglicherweise Milliarden) erdähnliche Planeten in der gesamten Milchstraße säen.

Das Team wurde von David Cao geleitet, einem Oberschüler der Thomas Jefferson High School for Science and Technology (TJSST). Zu ihm gesellten sich Peter Plavchan, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der George Mason University (GMU) und Direktor der Mason Observatories, und Michael Summers, Professor für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der GMU. Ihr Artikel „The Implications of ‚Oumuamua on Panspermia“ erschien kürzlich Gesendet Zu arXiv Preprint-Server, wird derzeit von der American Astronomical Society (AAS) zur Veröffentlichung geprüft.

Um es kurz zusammenzufassen: Panspermie ist die Theorie, dass Leben durch Objekte aus dem interstellaren Medium (ISM) auf die Erde gebracht wurde. Dieser Theorie zufolge nahm dieses Leben die Form extremophiler Bakterien an, die in der Lage waren, die rauen Bedingungen im Weltraum zu überleben. Durch diesen Prozess verteilt sich das Leben im gesamten Kosmos, während Objekte das ISM passieren, bis sie potenziell bewohnbare Planeten erreichen und dort auftreffen. Dadurch unterscheidet sich Panspermie wesentlich von konkurrierenden Theorien über die Entstehung des Lebens auf der Erde (auch bekannt als Abiogenese), von denen die RNA-Welthypothese die am weitesten verbreitete ist.

Diese Hypothese besagt, dass die RNA in der Evolution der DNA und den Proteinen vorausging und schließlich zum ersten Leben auf der Erde führte (das also einheimisch entstand). Aber wie Cao Universe Today per E-Mail sagte, ist Panspermie schwer zu beurteilen:

„Panspermie ist schwer zu beurteilen, weil sie so viele verschiedene Faktoren erfordert, die einbezogen werden müssen, von denen viele unbeschränkt und unbekannt sind. Wir müssen zum Beispiel die Physik hinter Panspermie berücksichtigen (wie viele Objekte kollidierten mit der Erde, bevor es die frühesten versteinerten Beweise gab). lebenslang?), biologische Faktoren (können Extremophile Supernova-Gammastrahlung ertragen?) und so weiter.

„Zu jedem dieser Faktoren kommen Fragen hinzu, auf die wir noch keine Antworten haben oder die wir nicht effektiv modellieren können, zum Beispiel die Anzahl der Extremophilen, die tatsächlich die Erde erreichen, selbst wenn ein lebenstragendes Objekt mit der Erde kollidiert, und die Wahrscheinlichkeit.“ dass das Leben tatsächlich von den fremden Extremophilen ausgehen kann. Die Kombination dieser Faktoren, zusammen mit vielen anderen, wie der sich ändernden Sternentstehungsrate und der jüngsten Entdeckung mehrerer frei schwebender Schurkenplaneten, macht es schwierig, Panspermie und damit auch unsere zu beurteilen Das Verständnis der Plausibilität von Panspermie ändert sich ständig.“

Die Entdeckung von ‚Oumuamua im Jahr 2017 stellte einen großen Wendepunkt für die Astronomie dar, da es das erste Mal war, dass ein ISO beobachtet wurde. Die Tatsache, dass es überhaupt entdeckt wurde, deutete darauf hin, dass solche Objekte im Universum statistisch signifikant waren und dass ISOs wahrscheinlich regelmäßig das Sonnensystem durchquerten (von denen einige wahrscheinlich noch hier sind). Zwei Jahre später wurde ein zweiter ISO entdeckt, der in das Sonnensystem eindrang (2I/Borisov), allerdings gab es dieses Mal kein Geheimnis über seine Natur. Als er sich unserer Sonne näherte, bildete 2I/Borisov einen Schweif, was darauf hinwies, dass es sich um einen Kometen handelte.

Nachfolgende Untersuchungen haben gezeigt, dass einige dieser Objekte zu Meteoriten werden, die auf der Erdoberfläche einschlagen, und einige wurden sogar identifiziert. Dazu gehört CNEOS 2014-01-08, ein Meteor, der 2014 in den Pazifischen Ozean stürzte (und Gegenstand einer Studie des Galileo-Projekts war). Wie Cao erklärte, hat die Entdeckung dieser interstellaren Besucher auch Auswirkungen auf die Panspermie und die anhaltende Debatte über den Ursprung des Lebens auf der Erde:

„‚Oumuamua dient als neuartiger Datenpunkt für Panspermiemodelle, da wir seine physikalischen Eigenschaften, insbesondere seine Masse, Größe (Kugelradius) und implizite ISM-Zahlendichte, nutzen können, um die Zahlendichte und Massendichte von Objekten im interstellaren Raum zu modellieren.“ Mit diesen Modellen können wir die Flussdichte und den Massenfluss von Objekten im interstellaren Medium abschätzen und mit diesen Modellen die Gesamtzahl der Objekte annähern, die im Laufe von 0,8 Milliarden Jahren (dem hypothetischen Zeitraum dazwischen) auf die Erde eingeschlagen haben Die Entstehung der Erde und die frühesten Beweise für Leben).

„Die Kenntnis der Gesamtzahl der Kollisionsereignisse auf der Erde in diesem Zeitraum von 0,8 Milliarden Jahren ist für Panspermie von entscheidender Bedeutung, da eine größere Anzahl von Kollisionsereignissen mit interstellaren Objekten in diesem Zeitraum eine höhere Wahrscheinlichkeit für Panspermie bedeuten würde. Kurz gesagt, die physikalischen Eigenschaften von Die interstellaren ‚Oumuamua ermöglichen die Erstellung mathematischer Modelle, die die Plausibilität von Panspermie bestimmen.‘

Zusätzlich zu den mathematischen Modellen, die die Physik hinter Panspermie berücksichtigen – d. h. Anzahldichte, Massendichte, Gesamteinschlagsereignisse usw. – wandten Cao und seine Kollegen ein biologisches Modell an, das die minimale Objektgröße beschreibt, die erforderlich ist, um Extremophile vor astrophysikalischen Ereignissen zu schützen ( Supernovae, Gammastrahlenausbrüche, große Asteroideneinschläge, vorbeiziehende Sterne usw.). Wie in einem früheren Artikel angesprochen, haben neuere Untersuchungen gezeigt, dass kosmische Strahlung alle bis auf die größten ISOs erodiert, bevor sie ein anderes System erreichen.

Diese zusätzlichen Überlegungen wirken sich letztendlich auf die Anzahl der Objekte aus, die auf die Erde einschlagen werden (die nicht durch astrophysikalische Quellen sterilisiert wurden) und auf die Plausibilität einer Panspermie. „Um die minimale Objektgröße abzuleiten, haben wir verschiedene Modelle angewendet, zum Beispiel die Kugelpackungsmethode, um eine grobe Schätzung der Entfernung einer Ejekta zum nächstgelegenen Supernova-Vorläufer zu erhalten (unter Verwendung von Orion A, einem dichten Sternhaufen, als unser Modell). , die Gammastrahlung, die dieses Auswurfgut erreicht, und der Schwächungskoeffizient (wie viel Strahlung das Auswurfgut absorbiert) basierend auf der wahrscheinlichsten chemischen Zusammensetzung des Auswurfguts (Wassereis)“, sagte Cao.

Basierend auf ihren kombinierten physikalischen und biologischen Modellen leitete das Team Schätzungen für die Anzahl der Auswürfe ab, die die Erde trafen, bevor Leben entstand. Den ältesten versteinerten Beweisen zufolge, die in Westaustralien gefunden wurden (aus Gesteinen aus dem archaischen Zeitalter), entstanden die frühesten Lebensformen ca. Vor 3,5 Milliarden Jahren.

Cao sagte: „Wir kommen zu dem Schluss, dass die maximale Wahrscheinlichkeit, dass Panspermie Leben auf der Erde ausgelöst hat, in der Größenordnung von 10-5 oder 0,001 % liegt. Obwohl diese Wahrscheinlichkeit gering erscheint, beträgt sie unter den optimistischsten Bedingungen möglicherweise 4×109 gesamte bewohnbare Zone.“ In unserer Galaxie gibt es Exoplaneten, was darauf hindeuten könnte, dass es insgesamt 104 bewohnbare Welten gibt, die Leben beherbergen.

„Darüber hinaus haben wir unsere Analyse auf die ersten 0,8 Milliarden Jahre der Erdgeschichte vor den frühesten versteinerten Beweisen für Leben beschränkt, da aber zu jedem Zeitpunkt im Leben eines Planeten Leben entstehen kann und Planeten eine deutlich längere bewohnbare Lebensdauer haben (bis zu 5 –10 Milliarden Jahre) haben wir unsere Schätzung für die Gesamtzahl der bewohnbaren Welten, die Leben in unserer Galaxie beherbergen, um eine Größenordnung erhöht.“

Daraus erzielten Cao und seine Kollegen ein Endergebnis von etwa 105 bewohnbaren Planeten, die Leben in unserer Galaxie beherbergen könnten. Diese Schätzungen basieren jedoch auf den optimistischsten Prognosen hinsichtlich der Bewohnbarkeit des Planeten. Mit anderen Worten geht man davon aus, dass alle erdgroßen Gesteinsplaneten, die in bewohnbaren Zonen kreisen, in der Lage sind, Leben zu beherbergen, was bedeutet, dass sie über dichte Atmosphären, Magnetfelder, flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche und alle lebenserhaltenden Auswürfe verfügen, die den Eintritt in unsere Atmosphäre überleben ist in der Lage, Mikroben auf der Oberfläche abzulagern.

Wie Cao zusammenfasste, beweisen ihre Ergebnisse weder Panspermie noch klären sie die Debatte über den Ursprung des Lebens hier auf der Erde. Dennoch liefern sie wertvolle Einblicke und Einschränkungen hinsichtlich der Möglichkeit, dass das Leben über Objekte wie „Oumuamua“ hierher gelangte. Wie auch immer, diese Erkenntnisse werden wahrscheinlich erhebliche Auswirkungen auf die Astrobiologie haben, die zu einem immer vielfältigeren Bereich wird:

„Wir beziehen Physik, Biologie und Chemie in die Erforschung der Panspermie als Ursprung des Lebens ein, und es ist selten, dass ein so vielfältiges Themenspektrum in einem Forschungsbereich vertreten ist. Ich denke, dass die Astrobiologie tendenziell interdisziplinärer wird, und das glaube ich auch.“ Ein positiver Trend, da es Experten aller Fachrichtungen ermöglichen würde, die Astrobiologie voranzutreiben. Unsere Forschung könnte zu diesem Trend beitragen. Im Hinblick auf unsere Erkenntnisse zur Panspermie ist die Wahrscheinlichkeit, dass Panspermie Leben auf der Erde ausgelöst hat, unwahrscheinlich, aber die Anzahl der Planeten in der bewohnbaren Zone ist unwahrscheinlich Das Leben in unserer Galaxie ist wesentlich größer.

„Zukünftige astrobiologische Studien könnten diese Ergebnisse nutzen, um auf unserer Forschung zu Panspermie aufzubauen. Allerdings berücksichtigen wir nicht alle Faktoren, die die Plausibilität von Panspermie beeinflussen könnten, oder kennen sie überhaupt nicht. Ich glaube, dass unsere Ergebnisse neue Untersuchungslinien für zukünftige Panspermiestudien eröffnen.“ Wir bauen auf, indem wir unsere Modelle aktualisieren oder zusätzliche Faktoren einbeziehen. Ein potenzieller Forschungsbereich, wenn wir in Zukunft Beweise für Leben auf anderen Welten finden, sei es in unserem Sonnensystem oder über Biosignaturen in der Atmosphäre von Exoplaneten, besteht darin, experimentelle und beobachtende Tests in Betracht zu ziehen um zwischen Leben, das durch den Panspermie-Mechanismus entstanden ist, und Leben, das sich unabhängig voneinander entwickelt und entstanden ist, zu unterscheiden.“